想象一下，設計一個新的有機體就像設計一個新的集成電路一樣容易的話，是不是很激動人心呢？這就是GP-write consortium開發的計算機輔助設計（computer-aided design ，CAD）程序背后的終極愿景。

說起 CAD，想必很多人都不陌生。CAD，全稱計算機輔助設計，旨在通過計算機及其圖形設備幫助設計人員進行設計工作。再通俗點說，CAD 就是一個繪圖軟件，人們可以使用它繪制復雜的工程圖、機械圖、建筑圖、電路圖等。

波士頓大學電氣與計算機工程副教授 Doug Densmore 博士是一家初創生物公司 Lattice Automation 的創始人，領導基因編輯 CAD 軟件的開發。在接受媒體采訪時，Doug Densmore 博士表示，“新型基因編輯 CAD 軟件的開發，有利于促進計算機科學和生物學的融合，可以幫助生物學家更好的進行生物研究。第一個版本將在今年年底推出。”

Densmore對這個項目的一個希望是，它將幫助計算機科學家找到一種參與遺傳學和生物學的方法。他指出：“有一些非常出色的計算機科學家，他們可能會說，‘我不知道生物學是做什么，但我喜歡編碼。’”

GP-write（更正式地名稱為Genome Project-write）的靈感來自20世紀90年代和21世紀初的人類基因組計劃。人類基因組計劃是一項規模宏大，跨國跨學科的科學探索工程。其宗旨在于測定組成人類染色體（指單倍體）中所包含的 30 億個堿基對組成的核苷酸序列，從而繪制人類基因組圖譜，并且辨識其載有的基因及其序列，達到破譯人類遺傳信息的最終目的。

寫基因組意味著什么？GP-write 的目的是通過 CAD 等技術來輔助基因編輯，從而創造出全新的生命或全新的能力。這意味著要遠遠超越目前用CRISPR等尖端工具所做的編輯，設計DNA序列以創造具有新特性的人類或動物細胞。

經典的 CRISPR 基因編輯工具一般僅限于對人類 DNA 上單個堿基對的修改，而 Schwartz 博士的團隊致力于幫助科學家超越這一局限，旨在從更高、更抽象的層面改造生命。

目前，Gingko Bioworks 和 Zymergen 等開創性的合成生物學公司已成功通過這種方式，重新設計了酵母和細菌等單細胞生物，并將其轉變為可產生所需物質的微觀工廠。

在 2019 年發表的一篇論文中，GP-write 的科學家曾提到過其愿景，“我們希望能創造出一種簡單、友好的 CAD 輔助基因編輯程序，從而使基因設計更快、更便宜、更可靠”。GP-write總裁兼聯合執行董事Amy Schwartz表示：“如果我們能夠降低基因組書寫的成本，那么這些應用程序將是革命性的。”她告訴IEEE Spectrum，她預見了在醫藥、能源、材料和其他行業的應用。

Schwartz說，CAD program將免費提供給學術界人士，以及GP write的行業合作伙伴和被選中參與其新孵化器的公司。該平臺還將包括訂單，以便用戶可以將其CAD文件發送給制造合成DNA的公司；然后可以將設計的構件發送給用戶，以便他們可以看到自己的設計在現實生活中的結果。

Schwartz的團隊致力于幫助科學家們遠遠超出改變單個堿基對（DNA最基本的單位）的范圍。它的目的是在更高、更抽象的層次上捕捉科學家的意圖。例如，如果他們想添加一個新的代謝途徑來產生某種蛋白質，CAD將在基因組中所有必要的位置進行所有必要的改變。它還意味著捕捉可能導致細胞功能失調的編碼錯誤，并準確預測編輯對細胞的功能影響——這種評估通常需要人類專家來進行。

波士頓大學的Densmore在被問及這種計算機輔助設計如何幫助科學家時，提出了一個醫學假設。他說：“想象一下，我想設計一種細菌，它含有一個生物傳感器，可以檢測腸道的某些狀況，然后釋放出一些治療藥物。”這就需要為生物傳感器添加一個基因，一個編碼產生治療物質的基因，這種物質會在細菌內部積聚，然后一個自毀基因會導致細菌破裂并釋放藥物。“你可能想知道這些添加的基因是如何相互作用的，”Densmore說，“CAD基本上可以檢查代碼中的細菌，并對細菌的功能做出預測。”

另一位重要的合作者、耶魯大學分子、細胞和發育生物學副教授Farren Isaacs說，他們正在“嘗試開發一個基因組設計的一站式商店”。他指出，計算機輔助設計將從一些生物體的參考基因組開始，如酵母和大腸桿菌，但它會被設計用于任何參考基因組。

顯然，一旦這種 CAD 輔助基因編輯軟件問世，那么通過基因編輯創造新的生命將會變得非常簡單。但是，如果有不法分子通過這一軟件來合成各種致命病毒或者是生化武器，那么后果顯然是非常嚴重的。

生物安全是任何參與基因編輯和合成生物學的人的頭等大事。GP write承諾CAD將達到國際基因合成協會的最高生物安全標準。作為第一步，它將根據危險序列數據庫檢查任何設計的序列，以確保用戶不會制造病毒或其他生物武器。它還將最終檢查細胞或有機體不會以不受控制的方式增殖或在環境中造成問題。

雖然 GP-write 會保證 CAD 輔助基因編輯軟件的安全性，但是仍有一些科學家不放心，老牌公司似乎不太可能從現有的基因組編輯和設計系統轉型。

如果CAD程序真的在學術界和工業界流行起來，它可能會面臨來自生物倫理學家的審查。例如，Freiburg大學的生物倫理學家 Joachim Boldt經常撰寫有關合成生物學的文章，他說，“我看到了簡單的CAD設計過程與現實生活中雜亂無章的復雜應用之間的潛在沖突。他擔心，一個易于使用的平臺“可能會讓用戶高估預測結果的可靠性，尤其是那些不熟悉底層算法限制的用戶。”

Boldt主張對基因組編輯技術進行國際監管，并希望這些監管采取細致入微的觀點，區分不同類型的生物和不同的應用。他表示，“如果沒有政府或機構來對這一新型事物負責，那么在基因組設計的過程中一定會出現問題。”

總體而言，CAD 輔助基因編輯技術毫無疑問是一項偉大的工程，對于人類基因編輯技術的發展具有重要的推動作用。不過，任何一種新興事物，我們都無法預測其帶來的危害，因此在推廣過程中必須慎之又慎。而未來隨著 CAD 輔助基因編輯的不斷完善，創造一個新生命或許真的會像畫畫一樣簡單。

Densmore表示，如果計算機科學家和電氣工程師現在愿意參與進來，他們將發現在未來還將有大量的工作需要他們來參與。“在21世紀，生物學將帶來最有趣的技術問題，”他說。

編輯：jq